Konsep Dasar Energi Listrik - bag 2

Konsep Dasar Energi Listrik - bag 2

6. Reaktansi Kapasitif

Sebuah kondensator atau yang sering disebut juga dengan Kapasitor ”C” dihubungkan dengan sumber tegangan arus bolak-balik AC berbentuk sinus yang ditetapkan dengan rumus berikut:

e = Em.sin ωt

Apabila sebuah kapasitor dihubungkan dengan sumber arus searah, maka arus searah yang bisa mengalir hanya sesaat saja dan waktu yang pendek, yaitu ketika kapasitor dalam keadaan diisi (charged).

Kemudian arus searah yang ada didalam kapasitor akan menjadi nol kembali. Hal tersebut membuktikan bahwa kapasitor tidak bisa dilewati arus searah atau dikatakan kapasitor memblokir arus searah. Menurut teori arus searah yang mengalir jumlah muatannya ditentukan dengan rumus:

Q = i .t atau i = Q/t

Pada hakikatnya kapasitor tidak dilewati arus bolak-balik, namun secara berganti-ganti diisi dalam arah negatif dan positif. Selama ketika yang pendek (dt), kapasitor ini diisi oleh nilai saat dari arus bolak-balik iC. Jumlah listrik yang diisikan pada kapasitor selama saat dt, yaitu:

dQ = iC. Dt

iC= dQ/dt

Karena Q = c.e, maka rumusnya akan berubah menjadi :

Selama waktu yang sangat singkat (dt), ujung vektor  selalu akan melintasi panjang busur yaitu sebesar :

ω.dt radial

Karena radial lingkaran memiliki nilai Em maka :

dt = ω.dt.. Em

dan tegangan bolak-balik akan menjadi :

d (Em.sin ωt)

Dari titik A ditarik garis singgung PQ, yang selanjutnya dibuat segitiga ABC siku dititik B, maka :

Gambar grafik dibawah ini akan menunjukan sebuah grafik tegangan berbentuk sinus dan grafik arus berbentuk cosinus sehingga arus akan mendahului 90º terhadap tegangan seperti berikut:

Ketika sudut α = 0º, maka cos α=cos 0º = 1, dengan begitu iC ini akan mencapai nilai puncaknya menjadi Im sehingga menjadi :

Icm = C. Emω cos α

Icm = C. Em ω

Maka rumus iC = Icm.cos α dan dengan sumber e = Em.sin ωt yang dipasangkan pada C akan membuat kuat arus iC mendahului terhadap tegangan C. Sehingga iC akan berbentuk :

iC = iCM sin( ωt + 90°)

Kemudian dari gambar vektor Ēm diatas, dimana iC terlihat sebagai vektor Īc m yang mendahului 90º didepan vektor Ēm. Sehingga Icm ini bisa ditulis kan dengan rumus :

dimana :

Ic = Nilai efektif dari kuat arus yang mengalir pada kapasitor.

E = Nilai efektif dari tegangan sumber yang dihubungkan pada kapasitor.

C = Kapasitas kapasitor yang diukur dalam satuan Farad.

ω = Frekuensi putar generator yang diukur pada satuan rad/detik.

7. Hubungan Deret dengan Resistansi Ohm.

a. Hubungan deret gulungan induksi dengan resistansi ohm

Gambar dibawah ini akan menunjukan hubungan deret antara belitan induksi (reaktansi induktif atau XL ) dengan resistansi Ohm (R), pada rangkaian disambungkan pada sumber tegangan arus bolak-balik sebesar E Volt. Kuat arus (I) yang mengalir kedalam rangkaian ini memiliki nilai tetap yaitu I. Sedangkan untuk tegangan E akan terbagi menjadi dua komponen yaitu :

• Komponen EL yang terdapat pada sebuah terminal belitan reaktansi induktif ( XL ).

• Komponen EL yang terdapat pada terminal resistansi ( R ).

Karena terhubung seri atau deret maka nilai dari hubungan kedua resistansi yaitu :

Resistansi jumlah tersebut dinamakan resistansi impedansi atau bayangan yang notasikan dengan huruf ” Z ” maka :

Kemudian dari diagram diatas bahwa tegangan ”E” dari generator akan mendahului terhadap kuat arus (I) sebesar sudut φº

Maka resistansi impedansi Ž akan memiliki argumen sebesar sudut φº positif. Dan nilai mutlak impedansi (modulus) bisa dihitung menurut bunyi Phytagoras yaitu:

b. Hubungan deret dari Kapasitor dan Resistansi Ohm

c. Hubungan deret antara Kapasitor dengan Induktor

d. Hubungan antara resistansi Kapasitor, Reaktansi, dan Induktif

Impedansi adalah nilai pengganti antara hubungan kapasitansi, induktansi dan resistansi baik itu terhubung secara paralel, seri atau campuran dari keduanya. Notasi impedansi “Z”. maka :

D. Daya Listrik Arus Bolak-Balik (AC)

1. Daya 1 fasa

Besarnya daya listrik untuk arus searah atau AC sudah diketahui dengan rumus seperti berikut:

Apabila digambarkan dalam grafik adalah sebagai berikut:

Untuk arus bolak-balik (AC) diketahui :

e = Em. sinωt

dan

i = Im. sinωt

maka :

P (W) = e x i

P (W) = Em. sinωt x Im. sinωt

P (W) = Em. Im. sin2ωt

Dengan meratakan garis lengkung menjadi garis AB yang merupakan garis sumbu nol grafik cosinus. Sehingga terdapat jajaran siku OABC yang memiliki luas sama dengan luas abcde atau (luas bidang arsir) dengan tinggi :

Jadi pada kuat arus (I) yang sefasa dengan tegangan (E) akan menghasilkan sebuah daya listrik yang satuannya Watt.

2. Kuat Arus dan Daya Listrik Semu

Gambar dibawah ini akan menunjukan lengkung sinus dari kuat arus tukar dengan rumus :

i = Im. Sin ωt

Dan juga tegangan tukar yang menurut rumus :

e = Em. sin (ωt+90º)

Rumus tegangan e diatas. karena tegangan e mendahului 90º terhadap kuat arus i, sehingga tegangan itu bisa diaggap sebagai tegangan cosinus :

e = Em. Cos ωt

Hasil dari kali e dan i antara pada-saat t=0 sampai-dengan t=B memberikan lengkung w

(P) yang positif; Antara pada-saat t=B sampai-dengan t=C dimana hasil kali dari +i dan –e akan menghasilkan lengkung garis w (P) yang negatif.

Antara pada-saat t=C dan-juga t=D hasil kali dari –i dan +e akan menghasilkan lengkung w positif. Dan antara pada-saat t=D dan-juga t=E dimana hasil kali +e dan –i akan menghasilkan lengkung w (P) negatif. Sehingga jumlah usaha :

Usaha/pekerjaan yang dihasilkan sebesar e.i.t joule tersebut terdiri dari bagian-bagian yang positif dan bagian-bagian yang negatif. Apabila bagian-bagian positif sama besarnya dengan bagian-bagian negatif maka ini artinya jika kedua bagian itu dijumlahkan akan menjadi nol. Untuk lebih memahami hal ini maka dihitung sebagai berikut:

P = i x e

 = Im.sin ωt x Em.cos ωt

 = ½ Im.Em sin ωt

Dengan begitu rumus diatas menandakan bahwa garis lengkung w (P) adalah berupa garis sinus dengan memiliki nilai puncak :

dengan frekuensi putar = 2 ωt

Karena sumbu nol dari garis lengkung w (P) terletak tepat pada sumbu waktu t, yang mana memberikan kesimpulan bahwa; Besarnya usaha dibagian negatif sama besarnya dengan bagian positif, atau bisa dikatakan bahwa kuat arus tukar itu tidak membangkitkan tenaga yang nyata dan juga tidak melakukan usaha yang nyata.

Dengan memperhatikan gambar diatas, bisa dipahami bahwa pada ¼ masa yang pertama yaitu t=B maka generator akan mengeluarkan tenaga sebesar :

E x I (dalam satuan watt)

Kemudian melakukan usaha :

Untuk ¼ masa berikutnya yaitu t=B sampai-dengan t=C maka generator diberi tenaga E x I watt dan akan menerima usaha sebesar.

Penjelasan diatas juga berlaku, jika tegangan e mengikuti 90º dibelakang kuat arus i, karena itu bisa diambil sebuah kesimpulan bahwa:

1. Arus bolak-balik (AC) yang mendahului atau mengikuti tegangan bolak-balik (AC) sebesar 90º, dinamakan kuat arus nol atau kuat arus semu dan disingkat dengan Ib.

2. Hasil perkalian dari kuat arus semu atau nol Ib dengan tegangan E disebut, tenaga semu yang diukur dengan watt semu atau Volt Amper (VA).

Jadi : wb (P) =  Ib x E , dan usaha yang dilakukan oleh aliran semu adalah nol (0).

3. Daya Aktif atau daya nyata (Watt)

Untuk tenaga listrik nyata (real) yang dikeluarkan oleh arus bola-balik yang memiliki fasa φº dengan tegangan bolak-balik yaitu :

Tenaga Watt atau (W) = E x I x cos φ

Dalam jumlah usaha nyata atau real yang dilakukan oleh tegangan dan arus bolak-balik dengan fasa φº yaitu sebesar :

A = E x I x t x cos φ   pada satuan joule

Cos φ (dibaca cosinus phi) yang juga dinamakan faktor kerja (Power factor).

4. Daya Reaktif. (VAR)

Daya Reaktif adalah daya yang secara elektrik bisa diukur, dan secara vektor merupakan penjumlahan dari vektor dari perkalian E x I. Yang mana arus mengalir pada komponen Resistor, sehingga arah vektornya akan searah dengan tegangan (referensinya). Dan vektor yang memiliki arah 90º terhadap tegangan, ini tergantung pada beban seperti induktif atau kapasitif.

Beban daya yang searah dengan tegangan disebut juga dengan daya aktif, sedangkan yang lain disebut dengan daya reaktif. Untuk tenaga listrik reaktif yang dikeluarkan oleh arus bolak-balik yang memiliki fasa φº dengan tegangan bolak-balik yaitu :

Tenaga reaktif atau (VAR) = E x I x sin φ

5. Segitiga Daya

Dari penjelasan tersebut diatas, maka daya listrik bisa digambarkan sebagai segitiga siku, yang secara vektoris adalah penjumlahan daya reaktif dan aktif, Kemudian sebagai resultantnya adalah daya semu.

6. Rugi-rugi listrik

Semua komponen listrik mengandung material yang memiliki resistansi baik material isolator, konduktor, maupun semi konduktor. Pada volume yang kecil akan memiliki hambatan kecil, bila volumenya besar maka hambatannya akan menjadi besar. Sehingga hal tersbut bisa merugikan, kemudian hal seperti ini juga sering disebut dengan rugi teknik (losses).

1. Rugi resistansi murni.

2. Rugi dielektrik (media isolasi)

Kerugian semacam ini selalu berbubungan dengan besarnya arus karena beban, jadi bila semakin besar arus, maka kerugian juga akan meningkat, bahkan temperatur yang mempengaruhi nilai resistansi dan yang berkaitan langsung dengan kerugian pula.

Rugi pada pengahantar

Rugi pada Trafo

Rugi pada media

Disebabkan oleh media isolasi yang kurang baik sehingga arus bocor akan mengalir dan hal ini merupakan sebagai rugi-rugi listrik, Untuk perhitungan sama yaitu arus yang mengalir dikalikan besarnya resistansi dari media tersebut.

E. Macam Jenis besaran Listrik dan Satuanya

1. Besaran Listrik

Tabel.1. Macam-macam Besaran Listrik

2. Satuan Turunan

Tabel.2. Satuan Turunan Besaran Listrik